-
Diese
Erfindung betrifft ein Unterwasserantriebssystem und insbesondere
ein Unterwasserantriebssystem für
ein unbemanntes Einweg-Unterwasserfahrzeug.
-
Bei
dem Versuch der Beseitigung von Unterwasserminen ist es üblich gewesen,
eine explosive Ladung benachbart der Mine anzuordnen und dann die
explosive Ladung zur Detonation zu bringen, in der Hoffnung, daß dies eine
sympathetische Detonation des Minensprengkopfes verursacht, wodurch
die Mine zerstört
wird, oder wenigstens die Sensor- und Auslösemechanismen der Mine unwirksam
macht, wodurch die Mine harmlos wird. Die Anordnung derartiger Ladungen
ist durch einen menschlichen Taucher oder durch ein ferngesteuertes
Tauchgerät
ausgeführt
worden.
-
Beide
Verfahren weisen Nachteile auf. Der Hauptnachteil besteht in dem
hohen Risiko für
den Taucher oder das Tauchgerät,
und in der Tat werden Tauchgeräte
aufgrund des unakzeptierbar hohen Risikos für den Taucher verwendet. Jedoch
machen die sehr hohen Kosten eines Tauchgeräts, das eine explosive Ladung
zu dem Ort einer Mine tragen, die Ladung benachbart der Mine entfalten
und zum Mutterschiff zurückkehren
kann, einen Verlust des Tauchgeräts
unakzeptierbar. Zusätzlich
kann aufgrund des Gewichts und der Größe des Tauchgerätes lediglich eine
sehr begrenzte Anzahl an Bord eines Kriegsschiffes verstaut werden,
und infolgedessen könnte die
Minenräumfähigkeit
eines Schiffes rasch aufgrund einer Zerstörung der Tauchgeräte verlorengehen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die zur Beseitigung einer
Mine durch diese herkömmlichen Verfahren
in Anspruch genommene Zeit recht lang ist, und zwar aufgrund der
Notwendigkeit, den Taucher oder das Tauchgerät in eine sichere Entfernung zu
bringen, bevor die Ladung zur Detonation gebracht wird, und aufgrund
der Notwendigkeit für
den Taucher oder das Tauchgerät,
zum Mutterschiff zurückzukehren,
welches stets in einer sicheren Entfernung von der Mine während der
gesamten Operati on bleiben muß,
um weiter explosive Ladungen aufzunehmen. Da die kombinierte explosive
Wirkung des Minensprengkopfs und der Beseitigungsladung sehr groß sein kann,
ist der Sicherheitsabstand relativ groß.
-
Es
ist vorgeschlagen worden, diese Nachteile dadurch zu überwinden,
daß ein
ferngesteuertes Einweg-Tauchgerät,
das eine explosive Ladung enthält,
verwendet und einfach das Tauchgerät in die enge Nähe einer
Mine gebracht und die Ladung zur Detonation gebracht wird, wodurch
das Tauchgerät zerstört und hoffentlich
gleichzeitig der Minensprengkopf zur Detonation gebracht wird oder
die Sensor- und Detonationsmechanismen der Mine außer Kraft gesetzt
werden. Die Größe und der
Aufwand eines derartigen Einweg-Tauchgeräts kann sehr viel weniger ausmachen
als bei einem herkömmlichen
wiederverwendbaren Tauchgerät,
da es keine Notwendigkeit gibt, irgendeinen Entfaltungsmechanismus
für die
explosive Ladung einzuschließen,
die Reichweite und die Betriebsdauer lediglich für eine Ein-Weg-Fahrt zur Zielmine
reichen braucht und alle Steuerungs- und Leistungssysteme "Einweg"-Vorrichtungen sein
können.
-
Beim
Entwerfen eines derartigen Einweg-Tauchgeräts hat es sich als schwierig
erwiesen, das Tauchgerät
leicht und genau steuerbar zu machen, um sicherzustellen, daß es in
die enge Nähe der
Zielmine vor der Detonation gebracht werden kann, und gleichzeitig
das Tauchgerät
billig und leicht zu halten, um zu gestatten, daß eine große Anzahl an Bord des Mutterschiffs
getragen werden kann, und um den Erwerb einer großen Anzahl
zu gestatten. Die Anordnung der Motoren und Schrauben, um einen
Vorwärtsschub
zu schaffen, und der notwendigen Steuer- oder Ruderflächen, um
eine gesteuerte horizontale und vertikale Bewegung des Tauchgeräts zu schaffen,
hat sich als besonders schwierig erwiesen.
-
Diese
Erfindung sollte ein Unterwasserantriebssystem schaffen, das zumindest
teilweise diese Probleme überwindet.
-
Diese
Erfindung schafft ein Unterwasserantriebssystem zur Verwendung in
einem Unterwasserfahrzeug mit zwei auf Haltearmen angebrachten Motoren,
die, wenn nicht in Betrieb, jeweils gelagert in einer jeweiligen
Ausnehmung im Unterwasserfahrzeug angeordnet sind, wobei die Haltearme
zur Drehung um zwei Achsen relativ zum Unterwasserfahrzeug angeordnet
sind, so daß eine
Drehung um die erste Achse den Motor aus der Ausnehmung heraus und
in eine Betriebsposition hinein bewegt, eine Drehung des Haltearms
um die andere Achse den Motor zwischen zwei Betriebspositionen bewegt,
in welchen er einen Schub in zwei senkrechten Richtungen erzeugt,
und eine Drehung der Halterung um die zweite Achse durch die von
den Motoren erzeugte Schubmenge gesteuert wird.
-
Dies
schafft ein billiges und einfaches Verfahren zur Steuerung der Bewegung
des Tauchfahrzeugs und gestattet es, das Fahrzeug kompakt zur einfachen
Lagerung auszuführen.
-
Die
Erfindung verkörpernde
Tauchfahrzeuge werden im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt:
-
1A eine
Seitenansicht eines Einweg-Unterwasserminenräumfahrzeugs,
-
1B das
Fahrzeug von 1A in Draufsicht,
-
2A einen
Querschnitt durch das Fahrzeug der Figuren 1,
der die Motoren in den gelagerten und Horizontalschubpositionen
zeigt,
-
2B einen
Querschnitt durch das Fahrzeug der 1,
wobei sich der Motor in der Vertikalschubposition befindet,
-
2C die
Form der Ausnehmung im Rumpf des Fahrzeugs der 1,
in welcher ein Motor gelagert ist,
-
2D einen
weiteren Querschnitt durch das Fahrzeug der 1,
der die Motoren in den gelagerten und Horizontalschubpositionen
und die die Motoren bewegenden Betätigungsvorrichtungen zeigt,
-
3A eine
Seitenansicht eines zweiten Typs eines Einweg-Unterwasserminenräumfahrzeugs,
welches die Erfindung einschließt,
-
3B eine
Draufsicht des Fahrzeugs von 3A, wobei
sich die Motoren in der Vorwärtsschubposition
befinden,
-
3C eine
Draufsicht des Fahrzeugs von 3A, wobei
sich die Motoren in der Vertikalschubposition befinden, und
-
4 einen
Querschnitt durch das Fahrzeug von 3,
wobei sich der eine Motor in der gelagerten Position und der andere
Motor entfaltet in der Vorwärtsschubposition
befindet und gleiche Teile durchweg die gleichen Bezugsziffern aufweisen.
-
In
den 1A und 1B ist
die allgemeine Anordnung eines Einweg-Unterwasserminenräumfahrzeugs 1 gezeigt.
Dieses umfaßt
einen Hauptkörperteil 2 mit
einer gerundeten Nase 2a. Das Tauchgerät wird mit Schub versehen durch
zwei Motoren 3a und 3b, die jeweils Schrauben 4a und 4b antreiben und
auf den Enden von Auslegerarmen 5a und 5b angebracht
sind. Vier fixierte Flossen 6 um das Heck des Tauchgeräts 1 herum
in einer kreuzförmigen
Anordnung stabilisieren das Tauchgerät.
-
Das
Tauchgerät
wird durch differentiellen Betrieb der Motoren 3a und 3b gedreht,
während
eine Steigungssteuerung durch eine Betätigungsvorrichtung erzielt
wird, die eine Batterieleistungseinheit (nicht gezeigt) nach hinten
und nach vorn innerhalb des Körpers 2 bewegt,
um den Schwerpunkt des Tauchgeräts
relativ zu seinem Wasserlinienschwerpunkt zu bewegen. Es ist kein
Mechanismus zur Gierungssteuerung enthalten, da eine gesteuerte
Bewegung um die Gierungsachse nicht erforderlich ist und die fixierten
Flossen 6 das Tauchgerät
stabilisieren und im wesentlichen unerwünschte Gierungsbewegungen beseitigen.
Diese Form der Steuerung ist viel einfacher und billiger als das
herkömmlichere
Unterwassersteuerungssystem, welches als Ruder wirkende bewegbare
Blätter
oder Flossen mit einbezieht.
-
Um
dem Tauchgerät
zu gestatten, eine Unterwassermine zu erreichen, wird es so ausgeführt, daß es einen
negativen Auftrieb aufweist. Wenn sich das Tauchgerät vorwärts bewegt,
wird die Leistungseinheit, und somit der Schwerpunkt, nach hinten
bewegt, um das Tauchgerät
in eine Hochziehposition zu bringen, so daß es sich horizontal bewegen
kann, ohne zu sinken, wodurch erforderlich ist, daß ein minimaler
Vorwärtsschub
und somit eine Geschwindigkeit aufrechterhalten wird. Das Ausmaß an Vorwärtsschub
hängt vom
Hochziehwinkel und dem Grad negativen Auftriebs ab. Jedoch ist es
zweifellos wünschenswert,
daß das
Tauchgerät
in der Lage ist, seine Tiefe ohne eine Vorwärtsbewegung und ohne den Aufwand
herkömmlicher
Unterwassermechanismen wie Ballastabwurfs- oder Wassertankbefüllungs-
und Entleerungsmechanismen zu ändern.
Um eine vertikale Bewegung ohne eine Vorwärtsbewegung zu gestatten, sind
die Motoren 3 und die Auslegerarme 5 so angeordnet,
daß die
Auslegerarme 5 um 90° geschwenkt
werden können,
um die Motoren 3 und die Schrauben 4 von einer
im wesentlichen horitzontalen Vorwärtsschubposition in eine im
wesentlichen vertikale Schubposition zu drehen. Mit den Motoren 3 und Schrauben 4 in
der vertikalen Schub- oder Schwebeposition kann das Tauchgerät nach oben
oder unten durch das Wasser bewegt werden, indem die Motorleistung
geändert
wird, um einen vertikalen Schub zu schaffen, der größer oder
kleiner als der negative Auftrieb des Tauchgeräts ist, oder durch einen vorsichtigen
Schubausgleich könnte
gegebenenfalls das Tauchgerät
zum Schweben gebracht werden. Aus diesem Grund wird das Tauchgerät mit negativem Auftrieb
versehen, da, wenn es neutral schwimmfähig wäre, Anordnungen zum Anwenden
von Motorschub sowohl nach unten als auch nach oben auszuführen wären, und
obwohl es viele bekannte Verfahren dafür gibt, wie Schrauben variabler
Steigung, umkehrbare Motoren oder Drehen der Motoren um 180° anstatt
90°, würden diese
die Kosten und die Komplexität
des Tauchgeräts
erhöhen.
-
In
den 2 ist die Anordnung der Motoren und
Ausleger ausführlicher
gezeigt. Um die Größe des Tauchgeräts im gelagerten
Zustand zu minimieren, sind die Flossen 6 gefaltet und
die Auslegerarme 5 so angeordnet, daß sie um einen Drehpunkt 7 drehbar
gelagert sind, wo sie an einer Welle 11 angebracht sind,
die in den Hauptkörper 2 hinein
verläuft, so
daß die
Motoren 3 und die Schrauben 4 in entsprechende
Ausnehmungen 8 in den Seiten des Körpers 2 mit den Motoren
in der vertikalen Schubposition gefaltet werden können. Diese
Verstau-Position ist auf der linken Seite der Anordnungen der 2A und 2B und
in der oberen Hälfte
von 2D gezeigt. Zwei mit Schaufeln versehene Schrauben 4 werden
verwendet, so daß,
wenn die Motoren 3 verstaut sind, die Schraubenschaufeln
vorn und hinten entlang des Körpers 2 liegen,
so daß das
gesamte Tauchgerät
innerhalb einer zylindrischen Röhre
mit einem Innenradius gleich dem Außenradius des Körpers 2 zur
Lagerung angeordnet werden kann. Gegebenenfalls könnten Schrauben
mit mehr Schaufeln und irgendeiner Form von Schaufel-Faltemechanismus
stattdessen verwendet werden, jedoch würde dies wiederum die Kosten
und die Komplexität
des Tauchgeräts
erhöhen.
-
Die
Form der Ausnehmung 8B ist in 2C gezeigt.
-
Wenn
das Tauchgerät
aus seiner Lagerröhre ins
Wasser entfaltet wird, springen die gefalteten und federbelasteten
Flossen 6 automatisch heraus, sobald sie freigesetzt werden.
Flossenentfaltungsmechanismen diesen Typs werden üblicherweise
in Flugkörpern
verwendet, so daß es
nicht als notwendig erachtet wird, die involvierten Mechanismen
hier weiter zu diskutieren. Gleichzeitig dreht ein Federbelastungsmechanismus
(nicht gezeigt), der innerhalb jedes Auslegerarms 5 enthalten
ist, jeden Arm um seinen jeweiligen Drehpunkt 7, wodurch
die Motoren 3 und Schrauben 4 aus ihren jeweiligen
Ausnehmungen 8 heraus und in die vertikale Schubposition
hinein gezogen werden. Sobald jeder Arm 5 gerade ist, verriegelt
ihn ein einfacher Verriegelungsmechanismus vom Einschnapp- oder
Einrasttyp (nicht gezeigt) positionsgemäß, wodurch eine weitere Drehung
in beiden Richtungen um die Achse 7 verhindert wird. Die
Motoren 3 und Schrauben 4 können dann zwischen den horizontalen
und vertikalen Schubpositionen durch Betätigungsvorrichtungen 9 gedreht
werden, welche die Wellen 1 und auf diese Weise die Arme 5 drehen,
wie schematisch in 2D gezeigt.
-
Obwohl
dieses System eine vollständige Steuerung
des Tauchgeräts
gestattet und relativ billig und einfach aufzubauen ist, weist es
einen signifikanten Nachteil auf, der darin besteht, daß die Welle 11 durch
eine Wand 10 des Körpers 2 zu
ihrer Betätigungsvorrichtung 9 verlaufen
muß, und
diese Durchdringung der Wand 10 muß mit einer Drehdichtung abgedichtet
werden. Diese Drehdichtung ist unvermeidlich ein schwacher Punkt
in der wasserdichten Integrität
des Tauchgeräts.
Die Alternative, die Betätigungsvorrichtungen
außerhalb
des abgedichteten Teils des Körpers 2 anzuordnen,
würde beträchtliche Zuverlässigkeitsprobleme
bei den Betätigungsvorrichtungen 9 verursachen,
da sie nicht nur im Wasser arbeiten würden, sondern auch äußeren Umgebungseinwirkungen
während
der langen, möglicherweise
mehrere Jahre dauernden Lagerung des Tauchgeräts vor der Benutzung ausgesetzt
wären, wohingegen
sie größtenteils
vor Umgebungseinwirkungen während
der Lagerung geschützt
werden können,
wenn sie innerhalb des Tauchgeräterumpfs 2 abgedichtet
sind.
-
Obwohl
das gezeigte System zwei Wellen 11 und zwei Betätigungsvorrichtungen 9 gebraucht, könnten diese
in einer einzigen Welle 11 kombiniert werden, die durch
eine einzige Betätigungsvorrichtung 9 gedreht
wird.
-
Um
diesen Nachteil zu überwinden
und die Kosten und die Komplexität
des Tauchgeräts
noch weiter zu reduzieren, kann eine in den 3 und 4 gezeigte
Ausführungsform
verwendet werden.
-
In
den 3 und 4 ist ein
Tauchgerät 1 gezeigt,
wobei das Tauchgerät
im wesentlichen wie zuvor angeordnet ist, außer daß die Auslegerarme 5 diagonal über der
Seite des Rumpfs 2 liegen, anstatt horizontal entlang dieser
Seite zu verlaufen, und zwar in der verstauten Position. Wenn das
Tauchgerät 1 aus
seinem Lagerbehälter
freigesetzt wird, dreht ein Federmechanismus (nicht gezeigt) innerhalb
jedes Haltearms 5 diesen um einen jeweiligen Drehpunkt 7 und
bewegt den Motor 3 und die Schraube 4 aus ihrer
Ausnehmung 8 heraus in die Schwebeposition. Anders als
bei dem Beispiel der 2 jedoch ist der
Haltearm 5 in diesem Fall nicht in der Lage, sich um den
Drehpunkt 7 zu drehen, bis der Arm 5 und die Drehwelle 7 in
einer geraden Linie angeordnet ist, sondern er wird durch Kontaktoberflächen des
Arms 5 und der Welle 11 gestoppt, so daß der Arm 5 und die
Welle 11 zusammen eine nichtgerade oder geknickte Struktur
bilden, deren Diskontinuität
sich am Drehpunkt 7 befindet. Wie zuvor verhindert ein
Mechanismus vom Gesperrtyp (nicht gezeigt) eine weitere Drehung
um den Drehpunkt 7, sobald diese endgültige Position erreicht ist.
-
Aufgrund
dieses Knicks kann eine gemeinsame Welle 11 verwendet werden,
die über
den Boden des Tauchgerätkörpers 2 verläuft, ohne
durch die Wand 10 zu verlaufen. Die Welle 11 ist
am Körper 2 durch
ein Paar von Klammern 12 befestigt. Aufgrund der durch
den Arm 5 und die Welle 11 gebildeten Knickform
ist der Schub jedes Motors 3 und seiner Schraube 4 relativ
zur Welle 11 versetzt. Die Welle 11 ist zur Drehung
relativ zur Klammer 12 angeordnet, so daß der Motorschub
dazu neigt, eine Drehung der Welle 11 zu veranlassen, und
die Richtung des Knicks ist so angeordnet, daß der Motorschub dazu neigt,
die Welle 11 so zu drehen, daß die schubinduzierte Drehung
die Motoren und Schrauben aus der vertikalen Schwebe position in
die horizontale Vorwärtsschubposition
bewegt. Eine einfache Spiralfeder 13 ist um die Welle 11 gewickelt,
so daß die Spannung
der Feder 13 die Welle dazu drängt, sich in einer Richtung
zu drehen, welche die Motoren aus der Vorwärtsschubposition in die vertikale
Schwebeposition bewegen würde.
-
Wenn
das Tauchgerät
entfaltet wird, entfalten sich infolgedessen die Arme 5,
wodurch die Motoren in der vertikalen Schwebeposition angeordnet werden.
Wenn die Motoren dann damit beginnen, Schub durch die Schrauben 4 zu
erzeugen, verursacht dies eine vertikale Bewegung des Tauchgeräts, die
durch Variieren der Schubmenge gesteuert werden kann. Wenn der Schub
ausreicht, die Spannung der Feder 13 zu überwinden,
veranlassen die Motoren die Welle 11, sich zu drehen, wodurch
die Motoren in die Vorwärtsschubposition
gezogen werden, wo sie dazu verwendet werden können, eine Vorwärtsbewegung
und ein Lenken des Tauchgeräts hervorzurufen.
Durch Auswahl des Ausmaßes
negativen Auftriebs des Tauchgeräts
und der Spannung der Spiralfeder 13 kann sichergestellt
werden, daß das
Schubniveau der Motoren 3, bei welchem ein Übergang
von Schwebe- zu Vorwärtsschubmoden auftritt,
hoch genug ist, so daß das
maixmale zur Verfügung
stehende Schubniveau im Schwebemodus ausreicht, um dem Tauchgerät zu gestatten,
im Betrieb vertikal wie gewünscht
manövriert
zu werden.
-
Offenbar
gibt es einen Schubbereich, in welchem der Schub der Motoren durch
die Feder 12 so ausgeglichen wird, daß die Motoren sich weder in den
Vorwärtsschub-
noch in den Schwebepositionen, sondern in irgendeiner Zwischenposition
befinden. Möglicherweise
wird es vorgezogen, zu verhindern, daß das Tauchgerät in derartigen
Zwischenpositionen betrieben wird, und in diesem Fall kann im Betrieb
dieser Schubbereich dem Bediener untersagt werden, indem die Motorsteuerung
direkt vom maximalen Schub, der im Schwebemodus zur Verfügung steht,
zum minimalen Schub übergeht,
der im Vorwärtsschubmodus
zur Verfügung
steht, und zwar während
der Schub erhöht
wird, oder während
umgekehrt der Schub verringert wird.
-
Im
allgemeinen ist es jedoch nützlich,
das Tauchgerät
mit den Motoren in Positionen zwischen den Vorwärtsschub- und Schwebemoden
betreiben zu können,
um das Manövrieren
des Tauchgeräts
flexibler zu gestalten. Insbesondere gestattet dies, daß der Schub
sowohl horizontale als auch vertikale Komponenten aufweist, um langsame
Vorwärtsbewegungen
mit Geschwindigkeiten zu gestatten, die andernfalls zu niedrig wären, um
ein Sinken des Tauchgeräts
zu verhindern.
-
Anschläge (nicht
gezeigt) begrenzen die Drehung der Welle 11 auf eine Drehung,
die erforderlich ist, um lediglich vom Schwebemodus zum Vertikalschubmodus überzugehen,
und stoppen eine weitere Drehung über diese Grenzen hinaus in
beiden Richtungen.
-
In
der Praxis mag es nicht als notwendig erachtet werden, dem Fahrzeug
zu gestatten, vertikal nach oben im Schwebemodus zu manövrieren,
obwohl die Fähigkeit,
mit einer gesteuerten Rate vertikal im Schwebemodus abzusinken,
nach wie vor wünschenswert
wäre, und
in diesem Fall wären
die Federspannung und der negative Auftrieb des Tauchgeräts so eingerichtet,
daß sie
die gewünschte
minimale Sinkrate ergeben.
-
Der
Grad negativen Auftriebs des Tauchgeräts und somit seine Sinkrate
variieren in der Praxis aufgrund von Variationen im Wassersalzgehalt,
der Temperatur und dem Druck, und so kann es wünschenswert sein, eine Einstellvorrichtung
für die
Feder 13 vorzusehen, um eine Änderung ihrer Spannung vor
dem Start des Tauchgeräts
zu gestatten. Dies könnte
durch einen Servomechanismus oder eine manuelle Einstellvorrichtung
durchgeführt
werden, der oder die auf dem Tauchgerät oder dem Lagerbehälter angeordnet
ist, wodurch ein Voreinstellen der Spannung gestattet wird, um den
Wassersalzgehalt, die Temperatur und den Druck zu berücksichtigen,
die in der Umgebung der Zielmine erwartet werden. Alternativ könnte eine
Temperaturkompensation automatisch durch die Verwendung einer Feder
oder einer Federeinstellvorrichtung mit bimetallischen Elementen
durchgeführt
werden.
-
Diese
Konstruktion eines Antriebssystems ist bevorzugt, da es die Anforderung
für eine
durch die Wand 10 verlaufende Drehdichtung und außerdem die
Notwendigkeit für
Betätigungsvorrichtungen zur Überführung von
Schwebe- zu Vorwärtsschubmoden
beseitigt und auf diese Weise die Kosten und die Komplexität des Einweg-Tauchgeräts und die Komplexität der zugeordneten
Steuerungsausrüstung
reduziert, da weniger Betätigungsvorrichtungen zu
steuern sind.